Тема 6. Основы операционных систем и сетей. Лекция №13. Программное обеспечение компьютера (1час)

 

Программное обеспечение компьютера (его состав и назначение)

Программное обеспечение – это набор программ, имеющихся в наличии у ПК. Оно подразделяется на системное, специальное и прикладное. Классификация программного обеспечения ПК приведена на рисунке.

Системное программное обеспечение – это совокупность программ, программных и языковых средств.

К системному программному обеспечению относятся:

         операционные системы;

         операционные оболочки;

         драйверы.

Операционная система – это набор программ, который обеспечивает взаимодействие всех устройств ПК и позволяет пользователю осуществлять общее управление ПК (процессором, памятью, устройствами ввода-вывода, данными).

Операционная система дает только минимальные возможности для управления различными устройствами. Чтобы расширить эти возможности для каждого устройства, пишется отдельная программа, которую называют драйвером. Так, программа, управляющая работой мыши, называется драйвером мыши; программа, управляющая работой сканера, называется драйвером сканера и т.д.

Общение с ПК обеспечивается с помощью системных команд. Каждая команда представляет собой краткое предписание, определяющее, какую операцию и над каким объектом (программой, файлом) операционная система должна выполнить. Однако с помощью системных команд управлять ПК нелегко (нужно помнить формат каждой команды, многократно вводить команды и др.). Поэтому были разработаны так называемые программы-оболочки. Суть работы большинства программ-оболочек состоит в том, что для выполнения команды операционной системы вместо ввода с клавиатуры соответствующей системной команды, пользователь выбирает нужную клавишу в программе-оболочке. В настоящее время самой популярной оболочкой является Windows.

Специальное ПО включает:

• инструментальное (системы программирования),

• сервисное;

• сетевое.

Системы программирования включают:

         трансляторы (интерпретаторы, компиляторы);

         языки программирования;

         редакторы.

Программы вспомогательного назначения называются утилитами. Утилиты часто объединяются в комплексы. Например, комплекс Norton Utilities.

Прикладное программное обеспечение – это совокупность программ, предназначенных для решения различных пользовательских задач.

В прикладное программное обеспечение входят:

         редакторы (текстовые, графические и др.);

         информационно-поисковые системы – ИПС (программы, предназначенные для создания и хранения на магнитных носителях больших массивов справочной информации и поиска в них требуемых сведений), базы данных (информационный массив, с которым работает ИПС);

         системы обработки числовой информации;

-       электронные таблицы(инструментальные средства, предназначенные для обработки числовых данных, организованных в форме таблиц, для записи исходных данных и результатов обработки информации на внешний носитель и вывода их на бумагу в форме отчетной документации);

-       математические пакеты и др.;

       пакеты прикладных программ – ППП (программы, предназначенные для решения прикладных задач);

         педагогические программные средства – ППС (информационно-справочные, имитационно-моделирующие, игровые и обучающие).

Вопросы для самоконтроля

1. Операционная система выполняет функции:

A) Обеспечения организации и хранения файлов.

B) Организации диалога с пользователем, управления аппаратурой и ресурсами компьютера.

C) Обмена данными между компьютером и различными устройствами.

D) Подключения устройств ввода/вывода.

E) Обеспечения хранения файлов.

2. Что из ниже перечисленного не является операционной системой:

A) Linux.

B) OS/2.

C) Unix.

D) Windows NT.

E) MS Office.

Литература

1. Джермейн К., Программирование на IBM/360, пер. с англ., 2 изд., М., 1973;

2. American Standard FORTRAN. Approved March 7, 1966, N. Y., 1966.

3. Калдербенк В. Дж. Курс программирования на фортране-IV. — М.: Энергия, 1976.

 

Рис. Классификация программного обеспечения ПК.

Программное управление работой компьютера. Программное обеспечение компьютера.

 

Технические устройства (в том числе и компьютер как совокупность аппаратного и программного обеспечения) являются формальными исполнителями программ. «Формальный» означает в данном случае, что человек-пользователь не объясняет исполнителю-компьютеру свои цели и смысл команд программы. Очевидно, что компьютер и не сможет понять смысла совершаемых им действий. Более того, компьютер не обладает способностью к анализу результатов, например, относительно их соответствия постановке задачи.

 

Алгоритм, предназначенный для исполнителя ­компьютера, называется программой. Основой работы любого компьютера является принцип программного управления. Этот принцип заключается в том, что решение поставленной задачи реализуется в полном соответствии с программой, которая заранее составлена и введена в его память.

 

Работа ни одного устройства компьютера не обходится без программы и исходных данных к ней.

Не только устройства компьютера, но и каждое программное средство можно рассматривать в качестве формального исполнителя, который характеризуется своей системой команд, средой, системой отказов.

В любой программе пользовательский интерфейс можно рассматривать как среду исполнителя; сообщения об ошибочных действиях пользователя или о сбоях в работе программы или устройств компьютера ­ как систему отказов; команды управления программой (параметры команд, система меню, «горячие клавиши» и т.д.) ­ как систему команд исполнителя.

 

Основным исполнителем программ в компьютере является центральный процессор. Основными его компонентами являются устройство управления (УУ) и арифметико­-логическое устройство (АЛУ). Команды накапливаются в оперативной памяти, автоматически переводясь в машинные коды. Устройство управления процессора считывает из оперативной памяти команду за командой, анализирует, а затем организует ее выполнение, используя соответствующие устройства компьютера. Эти устройства выполнят соответствующие действия: напечатают на бумаге, выведут на экран, запишут на магнитный диск и т.д.

Арифметико-логическое устройство непосредственно предназначено для выполнения команд самим процессором.

Выполнение процессором программ предусматривает: арифметические действия, логические операции, передачу управления, перемещение данных из одного места памяти в другое.

Как выполняются программы?

В ЦПУ имеются два регистра специального назначения: счетчик команд и регистр команд. Счетчик команд содержит адрес команды, которую предстоит выполнить следующей, таким образом счетчик отслеживает порядок выполнения программы. Регистр команд используется для хранения команды, выполняемой в текущий момент.

Устройство управления непрерывно реализует один и тот же алгоритм, совершая машинный цикл, который включает в себя три шага: извлечь, декодировать, выполнить.

Рис. Машинный цикл

 

На шаге извлечения блок управления требует, чтобы оперативная память предоставила ему следующую команду, которую необходимо выполнить. Блоку управления известно, где именно находится следующая команда, т.к. ее адрес хранится в счетчике команд . Полученную из памяти команду блок управления помещает в свой регистр команд и увеличивает содержимое счетчика команд на такую величину, чтобы он содержал адрес следующей команды.

В тот момент, когда команды оказывается в регистре команд, блок управления начинает шаг декодирования. Он анализирует код операции и поле операндов, чтобы определить, какие действия требуется выполнять по данной машинной команде.

Получив расшифрованную команду, блок управления начинает шаг выполнения. На первом шаге он активизирует схемы, нужные для решения данной задачи. Например, если выполняемой командой окажется команда загрузки информации из оперативной памяти, блок управления даст сигнал на выполнение операции загрузки; если команда окажется арифметической операции, блок управления активизирует соответствующие схемы арифметико-логического блока, выбрав нужные регистры с входными данными.

После того как команда будет выполнена, блок управления вновь приступит к началу машинного цикла, к шагу извлечь. Обратите внимание, что в конце предыдущего шага извлечь содержимое программного счетчика было увеличено, и поэтому блок управления получит опять правильный адрес.

 

Выполнив одну команду из оперативной памяти, процессор переходит к следующей команде и так, пока не встретит команду на окончание работы или команду, которую не сможет выполнить. Он не сможет выполнить команду, если она предназначается устройству, не подключенному к компьютеру, или отсутствует в его системе команд, или содержит синтаксическую ошибку. Если программа составлена правильно, то процессор выполнит ее за конечное число шагов и выдаст человеку результат решения задачи.